Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

LMFA - UMR 5509
Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique
Lyon
France


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Recherches et activités

La thématique s’intéresse à tous les aspects de la mécanique des fluides (hydrodynamique, turbulence, mélange, forces …), mais toujours associés à la présence d’une surface libre. Les applications sont les risques naturels (inondations, crues, tsunamis, affouillement…), la gestion et l’écologie des cours d’eau (pollution, flottants et embâcles de bois, géomorphologie, faune et flore benthique, hydrochorie…), l’énergie, l’assainissement...

Les écoulements à surface libre sont un sujet d’étude particulier. Ils sont influencés par la gravité, le confinement entre fond et surface libre, la présence de régimes fluvial et torrentiel… Qu’ils soient naturels ou anthropisés, ces écoulements se caractérisent en général par des géométries complexes à l’origine de décollements et de recirculations (plan horizontal), des écoulements secondaires (dans le plan perpendiculaire au courant). Dans une démarche de sciences pour l’ingénieur, leur étude se justifie par leur importance dans notre quotidien et dans de nombreux secteurs d’activité (navigation, irrigation, assainissement, canaux et cours d’eau, production d’énergie …). Elle l’est aussi car ces écoulements sont sources d’aléas (crues, inondations) qui, sur fond de changement global, semblent s’intensifier ou se modifier. Intégrer ces aléas pour en déduire des risques, en saisir les particularités liées à un milieu, naturel, industriel ou urbain, ne peut se faire que par une approche pluridisciplinaire.
Les activités de cette thématique de recherche sont ainsi exposées ici selon :

  • un entrée "thématiques et objets scientifiques"
  • une entrée "enjeux sociétaux et applications"
  • une entrée "approche pluridisciplinaire et partenariats"

Thématiques et objets scientifiques

  • décollements, recirculations, couches de mélange : les recherches portent sur ces structures d’écoulement, causées par la géométrie souvent complexe des écoulements (confluence, diffluence, cavité, épis, digues, lit composé …) et qui sont ici fortement influencées par le confinement vertical entre fond et surface libre.
  • mélange : on s’intéresse au mélange de scalaires passifs (pollution dissoute) ou de matières en suspension. Il est ici influencé par le confinement entre fond et surface libre (shallowness), les écoulements secondaires et/ou la présence de couches de mélange (dues en pratique à des confluences, à la présence d’un lit composé, d’une canopée, d’épis…).
  • cavités latérales : les recherches portent principalement sur les conditions de mise en résonnance de la cavité du point de vue des ondes de gravités (phénomène de "seiches"), sur les cellules de recirculation qui s’y développent (nombre, taille) et sur l’intensité des échanges entre cavité et écoulement principal (masse, quantité de mouvement).
  • flottants : les travaux portent sur la modélisation du mouvement des flottants (par exemple, adaptation du modèle de Basset-Boussinesq-Oseen aux particules flottantes) et de leurs interactions, entre eux et avec des obstacles (probabilité de choc)
  • écoulements torrentiels et ressauts hydrauliques : les recherches portent principalement sur la gestion des conditions aux limites (en présence d’une restriction provoquant la transition fluvial-torrentiel) et sur la modélisation des ressauts (obliques, détachés) dans des écoulements 2D
  • forces hydrodynamiques : les investigations portent la force de trainée sur des obstacles émergés en présence d’une forte rugosité de fond et, dans le cas d’écoulements torrentiels, avec les conditions d’apparition d’un ressaut détaché
  • écoulements au-dessus de canopées : les recherches concernent les interactions entre écoulement et canopées de fond, par exemple composée de lames reproduisant des plantes aquatiques : ralentissement de l’écoulement dans la canopée avec création d’une couche de mélange et interactions fluides-structures pour la canopée avec reconfiguration des lames, mouvement instationnaires, éventuellement d’ensemble (ondes de monami).

Enjeux sociétaux et applications

  • crues de cours d’eau
  • inondations urbaines ; tsunamis
  • mélange de polluants ou de chaleur
  • écologie des cours d’eau ; bras morts
  • embâcles et gestion du bois
  • affouillement et géomorphologie
  • assainissement urbain
  • ports fluviaux

Approches pluridisciplinaires et partenariats

  • pour l’ingénierie hydraulique et de gestion des cours d’eau : partenariats locaux avec INRAE Lyon (ex Irstea) et CNR (organisation conjointe du congrès RiverFlow2018)
  • pour la gestion des risques et le milieu urbain : partenariat local avec l’UMR 5600 EVS "Environnement-Ville-Société" des Sciences Humaines et Sociales ; appartenance au LabEx IMU "Intelligence des Mondes Urbains"
  • pour l’eau en milieu urbain, avec le laboratoire DEEP ; appartenance à la FED OTHU "Observatoire de Terrain en Hydrologie Urbaine" et participation à l’Ecole Universitaire de Recherche "H2O’Lyon"
  • pour l’écologie des cours d’eau : partenariat local avec l’UMR 2023 LEHNA "Laboratoire d’Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés"